磁型铸造磁场强度对A356合金凝固组织的影响

利用磁型铸造成形工艺,将恒定电流产生的磁场作用于铸造铝合金A356。利用光学显微镜研究了磁场强度对合金凝固组织的影响,用Image-Pro Plus图像分析软件对α-Al初晶的二次枝晶臂间距、共晶组织含量以及共晶硅的长、宽和长宽比进行统计分析。结果表明:磁场强度由132 Gs增加至192 Gs时,熔断的二次枝晶数量逐渐增加,磁场强度为192 Gs时,熔断的二次枝晶臂数量达到最多,且呈现蔷薇状的形貌;二次枝晶臂间距逐渐减小,最小的二次枝晶臂间距为38.12μm;共晶组织含量同样呈降低趋势;而随着磁场强度的增加,共晶硅粒子的长、宽均呈现增长的趋势,其长宽比由2.63增至5.88。     

选择性激光熔化工艺的介-微观建模与仿真方法综述

选择性激光熔化(Selective laser melting, SLM)工艺是一个复杂的物理化学冶金过程,既涉及宏观零件尺度、介观熔池尺度和微观金相尺度等多尺度问题,又包含相变、流动、传热、传质等多物理场耦合作用。由于采用实验手段在线观测工艺过程十分困难,并且周期长、成本高,因此高保真的数值模拟方法已成为探究SLM工艺机理、预测工艺成形质量的重要手段。从介观粉末熔池演变和微观凝固组织形成两个方面,详细论述了SLM工艺数值模拟的物理模型与仿真方法的内涵,分析了各个物理模型和仿真方法的特点、优势及其适用范围,并综述了SLM工艺过程介观熔池物理行为和微观组织形貌的数值仿真研究现状。最后,总结了SLM介微观数值模拟方法目前所面临的挑战和发展趋势。     

挤压铸造零件沿流程方向的成分偏析及组织偏聚

采用挤压铸造(液态模锻)工艺制备了A357铝合金螺旋线试件,使用化学成分分析和金相分析方法研究了流程长度对合金成分偏析及组织偏聚的影响.结果表明:在沿流程方向上,流程的开始端和流程末端的Si元素和Mg元素含量大于流程中段的含量.合金的初始α晶粒尺寸随着流程长度的增加先增大后变小.初生固相率随着流程长度的增大呈现波动变化.造成流程成分偏析和组织变化的原因是在挤压铸造凝固阶段中补缩液相的强迫运动.      

A356熔炼过程中Ca和Sr质量分数的变化规律及预报模型

Ca和Sr是铸造铝硅合金中最有效的变质元素,一般在浇铸前以中间合金的形式加入.然而在废杂铝熔铸再生工业中,原料中常含有微量的Ca和Sr,预控它们在熔炼过程中的含量变化是它们再利用的前提.本文以工业A356铸锭为原料,实验研究了熔炼温度和保温时间对Ca和Sr质量分数变化规律的影响.结果表明:Ca和Sr质量分数随着保温时间延长均呈Exp3P2规律下降,且随熔炼温度升高质量分数下降速率均逐渐提高.根据热力学和动力学分析可知,在废杂铝熔炼再生过程前期主要发生[Ca]和[Sr]与熔体中的氧发生氧化反应生成CaO和SrO,这些氧化物又会与Al₂O₃反应生成Al₂O₃·6CaO和Al₂O₃·SrO,经扒渣操作后Ca和Sr质量分数下降.在熔炼中后期,[Ca]和[Sr]以扩散至熔体表层还原Al₂O₃的方式使它们的质量分数降低.计算得出在660~740℃熔炼A356合金时Ca和Sr氧化反应的表观活化能分别为182.6 kJ·mol-1和117.8 kJ·mol-1,两者均受化学反应过程控制.根据Ca和Sr质量分数的变化规律建立了它们的质量分数预报模型,经生产验证表明预报误差均小于10%,可用于预报废杂铝熔炼再生过程Ca和Sr的质量分数.      

压力对A380铝合金的铸造组织和力学性能的影响

对A380铝合金进行了挤压铸造成型和传统重力铸造成型,并制得试样.采用偏光显微镜、扫描电镜、定量金相分析、拉伸性能测试等手段,研究在不同压力下挤压铸造A380铝合金的铸造组织和力学性能.结果表明:当压力在0~75 MPa范围内时,随着压力的增加,一次枝晶臂尺寸和气孔率得到大幅下降,共晶组织体积分数增加;二次枝晶臂间距减小;针状富铁β-Al₅ FeSi相尺寸大幅度减小,同时有部分汉字状α-Al₈(Fe,Mn)₃Si₂相生成.当压力在75~100 MPa范围内时,压力继续增加对合金组织细化、第二相形貌改善和力学性能提高的作用不明显.挤压铸造试件与重力铸造试件相比,气孔率减小,显微组织细化,力学性能显著提高.当压力为75 MPa时,挤压铸造A380铝合金的铸态抗拉强度和伸长率分别比重力铸造提高19%和65%.      

杂质元素对铝硅合金Si相形核影响的探讨

Si相的尺寸和形貌对Al-Si合金的性能具有重要的影响。如何在增加Si相的有效形核基底数量以显著提高Si相形核率、细化初晶Si的同时,不削弱共晶Si的细化和变质效果,是提高铝硅合金性能的关键。添加适量的合金元素和微量元素是调节Si相形核率的重要手段之一,特别是在不影响主合金元素成分要求的前提下,通过添加变质剂或细化剂,结合除杂技术和浇铸工艺可以明显细化共晶Si尺寸。但是,废杂铝中的杂质元素对Si相形核率的影响规律及其作用机理尚未达成共识,这是废杂铝再生铸造铝硅合金研究中的热点和难点。废杂铝再生因其具有原料来源广、可再生利用、节能减排效果显著等优点成为生产铸造铝合金的重要工艺。然而,由于废杂原料含有多种杂质元素,并且它们对铝硅合金中Si相的交互作用关系不确定,所以很难制定相应的技术措施以同时细化共晶Si和初生Si相。目前已经确证AlP为Si相形核的主要基底,β-Fe相为次要基底,氧化膜对二者的形成具有促进作用。近年来,除深入研究常见元素对Si相形核的作用机理外,两种及两种以上元素之间的相互作用对Si相形核的作用机理也开始受到广泛关注。在充分研究AlP、β-Fe相、氧化膜等可作为Si相形核基底物质的结构特性基础上,针对P-X、Fe-X、Ca-X等二元交互作用对Si相形核的影响研究也取得了显著成果。Sr、Ca、B、Mg等元素一般通过钝化AlP、β-Fe相等Si相形核基底的活性或与AlP反应生成更稳定的化合物这两种机制降低Si相的形核率。当三种或三种以上杂质元素通过直接或间接的交互作用对共晶硅形核率产生影响时,作用机理和作用效果将更为复杂。其主要表现为两种杂质元素单独存在时均有助于发挥第三元素的作用,但同时存在时会反应生成化合物,反而弱化第三元素促进Si相形核的作用。本文描述了Al-Si合金凝固过程中Si相形核基底的作用,重点讨论了常见杂质元素对Si相形核基底的影响。文末就如何进一步掌握杂质元素对Si相形核的交互作用规律以避免杂质元素的有害影响和充分发挥有益微量元素的积极作用提出了新的建议。     

9Mn2V钢淬火冷却时VC析出机制的热力学和动力学分析

通过对VC生成热力学和动力学计算,分析研究了9Mn2V钢冷却过程中VC夹杂物的析出规律以及夹杂物长大的影响因素。本论文的主要结论为:在820℃以上,碳和钒均能完全溶于奥氏体中。当温度降到临界温度以下时,VC并不能立刻析出。随着温度降低,VC析出的驱动力也越大,形核临界尺寸越小。但在较低温度下,由于元素扩散能力变差,析出的VC就会相对减少。VC主要在500～800℃温度范围内析出,临界核心尺寸约在0.65～1.2 nm。     

铸造铝硅合金熔炼过程中Ca含量的变化规律

以A356回炉料为对象,研究了熔炼温度和保温时间对Ca含量的变化规律。结果表明:Ca含量随着保温时间延长以二次曲线规律逐渐下降,低温时下降速率线性增大,高温时下降速率线性减小。当熔炼温度升高,Ca含量下降速率加快,在760℃熔炼时只经过3h就能达到最低含量6×10~(-6)。通过热力学和动力学分析可知,[Ca]主要通过前期被氧化和中后期扩散至熔体表层还原氧化铝的方式降低。温度越高,[Ca]与氧化铝开始反应的时间越短。在660~720℃熔炼初期,Ca氧化速率随温度变化满足K=578 749exp[-176 500/(RT)]规律。     

基于B样条神经网络的熔铸装药温度场预测

熔铸装药过程中模具内部温度场分布及其变化规律对装药质量具有重要影响。建立基于B样条神经网络的水/油浴熔铸装药工艺瞬态温度场预测模型，通过数值仿真的正交试验，获得不同工艺条件下熔铸装药温度场演变的数据样本；利用B样条神经网络对数据样本进行训练，得到水/油浴工艺的温控参数与药柱内部温度场之间的关系模型，实现温度场及其凝固前沿演变的快速准确预测。所得成果为熔铸装药的温控参数优化和在线控制提供了高效预测方法，为解决熔铸装药智能化发展中的物理场预测问题提供了方法的借鉴。     

精密仪表用铝合金瓷质阳极氧化表面粘接性能研究

铝合金瓷质阳极氧化工艺是精密仪表制造中的一种特殊且关键的技术应用，但该氧化表面的胶粘连接常常出现脱粘、泄漏等失效问题。为此，通过探究瓷质阳极氧化表面的微纳形貌与润湿性特征以及高低温下的胶接强度与失效模式，并与自然氧化表面及磷酸阳极氧化表面进行对比分析，阐明瓷质阳极氧化表面胶接失效的影响机理。结果表明，磷酸阳极氧化虽未在微米尺度上显著改变表面粗糙度，但其纳米级多孔氧化膜结构，可显著提高表面润湿性与界面粘接作用力；而瓷质阳极氧化膜在50 000×的SEM形貌下较为致密、平滑，显示出不利于胶粘剂润湿与吸附的物理特征；在-30～80℃下，温度与氧化方法均对胶接强度影响显著，胶接强度随着温度的升高而降低；磷酸阳极氧化表面的强度最高(36.75～20.54 MPa)，其次为自然氧化，最差为瓷质阳极氧化(24.79～17.10 MPa)。热红外与能谱分析表明，瓷质阳极氧化表面的粘附强度低于胶粘剂的内聚强度，失效模式为粘附失效，而磷酸阳极氧化表面的失效模式为胶粘剂的内聚失效。因此，瓷质阳极氧化表面由于氧化膜的致密性，缺少类似磷酸阳极氧化膜的纳米级多孔结构，不利于表面润湿吸附，降低了胶粘剂与基底表面的机...